Namen:
Soufian Pöthe, 2017
Grafik: Sarah Hinder, 2020-06
Die Zellatmung dient der Umwandlung von Traubenzucker (Blutzucker) in Kohlenstoffdioxid. Dazu wird Sauerstoff benötigt. Dabei wird soviel Energie frei, dass das atmende Lebewesen davon leben können.
Als aerobe Atmung werden Stoffwechselprozesse in Zellen von Lebewesen (Zellatmung) bezeichnet, bei denen schließlich elementarer, molekularer Sauerstoff als Oxidationsmittel dient. Zweck der Zellatmung ist, diese Energie in eine Form umzusetzen, nämlich in Form von ATP.
Die Zellatmung ist ein Prozess, bei dem energiereiche in energiearme Stoffe umgesetzt werden. In diesem Fall werden Glucosemoleküle zu C1-Körper und Wasser oxidiert.
Die Zellatmung ist in vier Teile unterteilt:
1. Die Glykolyse
Die Glykolyse läuft im Cytoplasma ab. Durch den schrittweisen Abbau von Kohlenhydraten in der Zelle, entstehen im Verlauf der Glykole vier ATP-Moleküle. In zehn Schritte wird ein Glucosemolekül zu zwei Pyruvate (Benztraubensäure) gespalten: 1. Phosphorylierung; 2. Isomerisierung; 3.Phosphorylierung; 4. Aufspaltung; 5. DHAP-Umbau; 6. GAP-Umbau; 7. ATP-Gewinn; 8. Umlagerung; 9. Entstehung von PEP; 10. ATP-Gewinn.
Glycolyse - Gärung
2. Die oxidative Decarboxylierung
Die oxidative Decarboxylierung ist ein kurzer Schritt, der allerdings unabdingbar für den darauf folgenden Schritt ist. Dabei werden bei mehrstufigen Schritten ein CO2 aus dem Pyruvat abgespalten (Decarboxylierung) und 2 H-Atome auf NAD+ übertragen.
3. Den Citratzyklus
Der Citratzyklus ist die "Drehscheibe" des Stoffwechselsystems. Seine wichtigste Funktion ist die Produktion von NADH für die Atmungskette. Die dabei frei werdende Energie wird zur ATP-Synthese genutzt. Der Citratzyklus läuft bei Eukaryoten in der Matrix der Mitochondrien, bei Prokaryoten im Zytoplasma ab.
Citratzyklus - Krebszyklus - Zitronensäurezyklus - Tricarbonsäurezyklus
4. Die Endoxidation in der Atmungskette
Endoxidation (Schema) - Klicken zum Vergrößern
Durch die bisherigen Prozesse sind 4 ATP entstanden. Den größten Teil liefert jedoch die Atmungskette durch Oxidation. Insgesamt stehen 10 NADH (2 aus Glykolyse, 2 aus der oxidativen Decarboxylierung und 6 (2 mal 3) aus dem Citratzyklus) und 2 FADH2 zur Verfügung. NAD+ und FAD werden freigesetzt und stehen damit wieder für alle Oxidationsreaktionen des katabolen Stoffwechsels zur Verfügung. Dabei wird die Konzentration der Protonen im Intermembranraum soweit erhöht, dass ein Gradient zwischen "außen" und dem Matrixraum innen entsteht. Dieser Sog an Protonen wird nur über den Protonenkanal der ATP-Synthase in den Matrixraum zurückgeleitet. Die Energie wird über die ATP-Synthase direkt in ATP umgewandelt.
Endoxidation mit Energiebilanz